В первой части книги ‘Возвращение времени: от кризиса физики к будущему вселенной‘ известный физик Ли Смолин рассматривает историю современной физики в контексте проблемы времени. Мне в целом понравилось изложение материала. На популярном уровне автор излагает развитие основных идей физики с коперниковской революции до основ квантовой гравитацией: классическая механика, теория относительности (специальная и общая), квантовая механика, квантовая гравитация. Основная цель первой части книги заключается в том, чтобы показать, каким образом время в физике стало иллюзией. Автор считает это неправильным и обещает во второй части книги показать, что на самом деле время принадлежит фундаментальной реальности.
Мне понравился пример с измерением движения. Бросается шарик и далее измеряются его координаты в разные моменты времени. В случае одномерного движения у нас получаются набор пар точек {время — координата}, которые далее можно отложить на графике и описать параболой. Время при таком подходе просто превращается в одну из координат траектории и по сути дела уже не отличается от координаты шарика в пространстве. Сам график траектории шарика находится вне времени и изменение времени представляется нам как перемещение точки по линии. Зная прошлое, можно однозначно предсказать будущее, зная настоящее можно однозначно установить прошлое. С точки зрения автора при таком подходе мы просто теряем разницу между настоящим, прошлым и будущим, поскольку при таком описании мы не в состоянии рассмотреть в физике процессы становления. По сути дела время, как оно понимается в рамках здравого смысла, становится иллюзией, которой не найти эквивалента на графике.
Далее процедура выше распространяется на классическую механику под названием ньютоновская парадигма. Рассматриваемая система разделяется на законы физики и пространство состояний, которое содержит все возможные состояния системы. Оба понятия находятся вне времени, можно даже сказать, что они трансцендентальны. Траектория движения системы получается путем применения законов физики к начальному состоянию системы и сама траектория также находится вне времени. Время становится одним из параметров описания системы и на этом пути точно также становится иллюзией. Законы физики существуют, пространство состояний существует, траектория системы существует, а вот существует ли при этом время становится уже непонятно. В целом с точки зрения автора в рамках ньютоновской парадигмы невозможно рассмотреть и описать чувство времени, которое ощущает человек.
Теория относительности сохраняет ньютоновскую парадигму и демонстрирует иллюзорность времени более наглядно. В рамках теории относительности показывается, что одновременность относительна. Это означает, что можно уверенно утверждать только о наличии пространства-времени, в котором уже не удается приписать разным областям пространства один и тот же момент времени. Пространственно-временной континуумом существует, законы физики существует, а время как таковое стало полной иллюзией. Смолин приводит в этом отношении известное высказывание Эйнштейна по поводу смерти Бессо
‘люди, которые понимают физику, знают, что отличие между прошлым, настоящим и будущим является всего лишь иллюзией, хотя и довольно убедительной’.
После краткого рассмотрения квантовой механики (меня несколько удивило, что автор не остановился на проблеме интерпретации квантовой механики) автор переходит к квантовой гравитации. При применения уравнений квантовой механики ко вселенной получается, что во вселенной принципиально не может быть изменений. Смолин рассматривает на пальцах причины такого вывода и в заключении рассматривает странную теория Джулиана Барбура (Julian Barbour), изложенную в книге Конец времени (The End of Time). Согласно этой теории вселенная состоит из всех возможных моментов времени, которые существуют одновременно (пространство состояний), и в самой вселенной не происходит никаких изменений. Разница между разными моментами времени заключается в том, что имеется распределение разных моментов времени в пространстве состояний. Некоторые моменты (скучные) повторяются крайне редко, некоторые (сложные) повторяются часто. Именно поэтому у физиков складывается иллюзия возникновения вселенной в Большом взрыве.
Смолин обещает во второй части книги вернуть время обратно в физику. Посмотрим как у него это получится.
В Интернете есть короткая статья про Джулиана Барбура:
Время — это иллюзия? The Epoch Times, 22.08.2017
‘Барбур полагает, что концепция времени может быть подобна теории целых чисел. Все числа существуют одновременно, и было бы бессмысленно думать, что число 1 существует до числа 20.’
О второй части книги: Физик в тисках метафизики
Информация
Lee Smolin, Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe
Обсуждение
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/91058.html
23.05.2015 Откуда электрон “знает”, что он электрон
Глава 12, Квантовая механика и освобождение атома
‘Откуда электрон “знает”, что он электрон и должен вести себя в соответствии с уравнениями Дирака, а не какими-либо другими?’
Действительно, откуда? Может быть это вовсе не электрон, а замаскированный антипозитрон. Или вообще черная дыра. Или вот еще хороший вариант для электрона ниже.
Глава 15, Возникновение пространства
‘И все же более дикая гипотеза в том, что заряженные частицы есть ни что иное, как концы нелокальной связи. Это напоминает старую идею Джона Уилера, что заряженные частицы вполне могут быть горлышками червоточин в пространстве, поскольку червоточины есть (гипотетически) маленькие туннели, которые соединяют очень сильно разнесенные локации в пространстве. Полевые линии электрического поля оканчиваются на заряженных частицах, но они также появляются на концах червоточин, где они (предположительно) перепрыгивают через туннель и выходят из другого конца.’
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/91543.html
23.05.2015 Проблема измерения в квантовой космологии
Глава 18, Бесконечное пространство или бесконечное время?
‘Предположим, вы проводите эксперимент, для которого квантовая механика предсказывает, что результат А имеет 99-процентную вероятность, а результат В — 1-процентную. Допустим, что вы проводите эксперимент 1000 раз. Тогда вы можете ожидать, что грубо 990 раз из 1000 в результате будет А. Вы можете чувствовать себя в безопасности, заключив пари на исход А, поскольку вы обоснованно можете ожидать, что грубо будут 99 результатов А на каждый 1 результат В. Вы должны были бы иметь хороший шанс подтвердить предсказание квантовой механики. Но в бесконечной вселенной имеется бесконечное число ваших копий, проводящих эксперимент. Бесконечное число этих копий наблюдают результат А. Но имеется также бесконечное число ваших копий, наблюдающих результат В. Так что предсказание квантовой механики, что один результат будет в 99 раз чаще, чем другой, в бесконечной вселенной непроверяемо.’
Вот над чем ломают головы космологи.
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/91735.html
См. также
Don N. Page, Observational Probabilities in Quantum Cosmology
‘The measure problem of cosmology is how to obtain probabilities of observations from the quantum state of the universe.
This is particularly a problem when eternal inflation leads to a universe of unbounded size so that there are apparently in nitely many realizations or occurrences of observations of each of many different kinds or types, making the ratios ambiguous.’
Don N. Page, Insufficiency of the quantum state for deducing observational probabilities, Physics Letters B, Volume 678, Issue 1, 6 July 2009, Pages 41-44
‘It is usually assumed that the quantum state is sufficient for deducing all probabilities for a system. This may be true when there is a single observer, but it is not true in a universe large enough that there are many copies of an observer.’
24.05.2015 Выделенный наблюдатель и формодинамика
Ли Смолин при интерпретации квантовой механики предпочитает вариант со скрытыми параметрами. На этом пути однако требуется введение выделенного наблюдателя, то есть по сути дела отказ от идеи относительности. Ниже интересная цитата по этому поводу.
Глава 13 Между теорией относительности и квантовой теорией
‘Чтобы описать корреляции, теория скрытых параметров должна принять определение одновременности с точки зрения одного выделенного наблюдателя. Это, в свою очередь, означает, что имеется выделенное понятие положения покоя и, следовательно, что движение абсолютно. Оно приобретает абсолютный смысл, поскольку вы можете утверждать, кто относительно кого движется (назовем этого персонажа Аристотелем). Аристотель находится в состоянии покоя, и все, что он видит как движущееся тело – это реально движущееся тело. Вот и весь разговор.
Иными словами, Эйнштейн был неправ. И Ньютон. И Галилей. В движении нет относительности.
Это наш выбор. Либо квантовая механика является окончательной теорией и нет возможности проникнуть за ее статистическую завесу, чтобы достичь более глубокого уровня описания природы, либо Аристотель был прав и выделенные системы движения и покоя существуют.’
Далее в главе 14 Теория относительности и возвращение времени Смолин рассматривает теорию формодинамики Джулиана Барбура (Julian Barbour), которая позволяет ввести одновременность в теорию относительности . Суть идеи заключается в том, что вместо относительности времени можно ввести относительность размеров тел. На этом пути без изменения математического формализма теории относительности удается избежать введения относительности одновременности.
‘Словом, в ОТО размер универсален, а время относительно, а в формодинамике наоборот. Примечательно, что эти две теории эквивалентны друг другу, потому что вы можете (с помощью некоего математического приема, о котором нет нужды здесь рассказывать) заменить относительность времени на относительность размеров. Можно описать историю Вселенной двумя способами: на языке ОТО и формодинамики. Физическое содержание обоих описаний будет одним и тем же, и любой вопрос о количественных наблюдаемых будет иметь один ответ.’
В Рунете можно найти перевод эссе
Джулиан Барбур, Сомнения редукциониста.
В эссе значительная часть отведена формодинамике.
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/91962.html
13.12.2014 Физики доказали: время может идти вспять
Открыв ленту новостей в Yandex, я увидел целый список статей, посвященных последнему научному достижения физиков:
- Ученые: доказано существование вселенной с обратным ходом времени
- Физики смогли научно доказать существование Вселенной с обратным ходом времени
- Ученым удалось доказать существование Вселенной с обратным ходом времени
- Существование вселенной с обратным ходом времени показали на простом примере
- Ученые: существует «зеркальная Вселенная», где время идет вспять
- Физики: Большой взрыв мог создать «Зеркальную Вселенную», где время движется назад
- Ученые: Вселенная с обратным ходом времени существует
Вот например первый абзац из сообщения на lenta.ru:
«Физики из Великобритании и Канады сообщили о том, что в результате Большого взрыва кроме нашей Вселенной могла возникнуть другая, где время идет в обратном направлении. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters.»
Не смог пройти мимо и открыл статью
Julian Barbour, Tim Koslowski, and Flavio Mercati
Identification of a Gravitational Arrow of Time
Phys. Rev. Lett. 113, 181101 – Published 29 October 2014
Следует отметить, что в статье на lenta.ru, ссылочка на научную статью стоит прямо после сообщения. Что же на самом деле сделали авторы? Из-за чего же разгорелся сыр-бор про текущее вспять время?
Должен сказать, что я только бегло просмотрел статью, поэтому возможно, что более глубинный смысл я упустил. В любом случае мое первое прочтение следующее.
Авторы взяли уравнения Ньютона для 1000 точечных масс с условием, что полная энергия и полный угловой момент системы равны нулю. Далее численное интегрирование такой системы показало картину, когда сложность системы вначале убывает, а потом возрастает с течением времени. Сложность системы при этом связана с однородностью распределения точечных масс.
Что получается? По мере эволюции ньютоновской системы из 1000 точечных масс, сложность вначале уменьшается, а потом увеличивается. Если увеличение сложности сопоставить с течением времени, то вот, получается, что есть две вселенные, у которых наблюдаемое время течет в разные стороны. В целом построение авторов напоминает флуктуационную гипотезу Больцмана (см. Мозг Больцмана в равновесной Вселенной).
Можно ли сказать, что численный эксперимент авторов что-нибудь доказывает? По-моему это вопрос открытый. Оставим его на совести ученых и журналистов. В конечном итоге у них такая работа, одним для пропитания надо писать научные статьи, другим научно-популярные. Массы не могут жить без развлечений.